Категории

Явление кавитации и борьбы с ней

Комиссия по лженауке утверждает что этого не может быть

Лабораторные занятия по разделу

Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия

Нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром и выделившимся из жидкости газом, называется кавитацией. Кавитация возникает в области пониженного давления, где возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости и образующие полости - каверны заполняются парами жидкости и выделившимся из нее растворенным газом. Попадая в область высоких давлений паровые пузырьки (каверны) «захлопываются». Захлопывание каверн вызывает местный гидравлический удар, который может привести к разрушению (эрозии) стенок каналов. Действительно, давление в пузырьках остается постоянным и равным давлению упругости насыщенного пара, в то время как давление жидкости по каналу рабочего колеса повышается при течении жидкости от входа к выходу. Попадая в область высокого давления, пузыри схлопываются под действием высокого давления. Это схлопывание сопровождается местным повышением давления в несколько тысяч атмосфер. Если оно происходит на поверхности лопаток или других элементах насоса, то с их поверхности выбиваются частицы материала, из которого они сделаны. Это явление называется эрозией. Этот процесс можно определить по потрескивающим звукам, которые усиливаются с увеличением кавитации.

Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер кавитации. В технических жидкостях всегда имеются ядра кавитации. Они являются теми слабыми точками, в которых нарушается сплошность жидкости, и возникают кавитационные явления. Наиболее вероятно, ядра кавитации представляют собой нерастворенные газовые включения, в том числе в порах и трещинах, а также микрочастицы, взвешенные в жидкости.

Если в жидкости присутствуют свободные или растворенные газовые включения, то кавитация будет протекать более интенсивно, с большим шумом и вибрациями.

Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям:

  1. К срыву подачи, напора, мощности и к.п.д.
  2. К эрозионному износу элементов насоса: рабочего колеса, вала и т.д.
  3. К звуковым явлениям: шуму, вибрации установки, а также к низкочастотным

    автоколебаниям давления в трубопроводах.

В насосах кавитация возникает при давлении перед входом в насос существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости. Это означает, что область минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давления внутри проточной части насоса (по сравнению с входным давлением Рвх) связано с обтеканием лопаток. При обтекании лопаток, как при обтекании любого тела, образуется область пониженного давления Рmin.

Как только давление станет ниже давления насыщенного пара, то образуется кавитация. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счёт гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.

Зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной частоте вращения называется кавитационной характеристикой. Такие характеристики снимаются на специальных стендах.

Уменьшение давления перед насосом Рвх достигается вакуумированием воздушной подушки в резервуаре. Во время испытаний насоса при постоянном значении расхода Q и постоянных числах оборотов определяют значения давлений на входе, при которых появляются кавитационные явления.

По результатам испытаний строятся кавитационные характеристики.

При давлении на входе равного Рначв насосе возникает кавитация, которая сказывается в появлении мелких пузырьков и шума от их схлопывания. Дальнейшее уменьшение давления от Рнач до Ркрит, несмотря на развитие кавитации (увеличивается количество и объем пузырьков), не приводит к изменению напора и к.п.д. насоса, но при этом могут усиливаться эрозионные и колебательные явления.

При давлении Ркрит, напор начинает снижаться (одновременно с напором снижается к.п.д. насоса). Это критический режим.

При давлении на входе насоса равного Рсрв напор и расход резко падают. Это - срывной кавитационный режим.

На кавитационной характеристике насоса можно выделить несколько областей:

а) режим начальной кавитации (или скрытая кавитация) насоса, когда Ркрит < Рвх < Рнач,

б) критический режим Рсрв < Рвх < Ркр, при котором заметен излом напорной характеристики. При этом зона распространения кавитационных полостей в насосе невелика.

в) режим Pвх < Pсрв, при котором наблюдается срыв всех основных параметров насоса. При этом вся проточная часть насоса практически занята паровой или газовой каверной.

Для насосов длительного использования, например, для отопления или водоснабжения, важно избежать даже начальной стадии кавитации.

В этом случае, давление на входе Рв должно быть больше давления РначЭто позволит избежать появления кавитационного шума и эрозионного износа элементов насоса.

Для того чтобы избежать кавитации можно предпринять следующие шаги:

  • повысить давление во всасывающем патрубке (опустить насос, или увеличить

давление в приемном резервуаре). Производительность от этого не измениться.

  • Использовать насосы, имеющими меньшие числа оборотов.
  • Снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости, что соответствует уменьшению давления пара.

Источник: Хаустов А.И, лекции по кавитации

Источник: http://aliphant-group.com.ua/news/kavitaciya-osnovnye-ponyatiya-prichiny-vozniknoveniya-i-ee-sledstviya

Явление кавитации и способы борьбы с ней

Следить за появлением новых статей:

Явление кавитации и способы борьбы с ней




В 1894 г. английские корабелы впервые вплотную столкнулись с необъяснимым и неприятным явлением. Только что построенный миноносец «Дэринг» развил на ходовых испытаниях полную скорость 24 уз вместо 27 уз, предусмотренных проектом.

Поначалу предполагали, что это вызвано повышенным сопротивлением корпуса и неполадками в работе главных двигателей. Однако английский ученый Уильям Фруд выдвинул другую гипотезу, теоретически предсказанную еще Л. Эйлером. Тщательно проанализировав результаты испытаний миноносца, он пришел к заключению, что потеря скорости вызвана неизвестным доселе явлением, которое он назвал «кавитацией» (от латинского cavitas — пустота). Когда в том же году с этим явлением столкнулся и Чарлз Парсонс, создатель первого паротурбинного судна «Турбиния», стало очевидно, что У. Фруд прав (Попутно отметим, что английскому ученому потребовались незаурядные смелость и мужество, чтобы доказать консервативным лордам Адмиралтейства, что недобор скорости вызван не просчетами инженеров или огрехами строителей корабля, а новым неизвестным явлением.) На кавитацию волей-неволей пришлось обратить внимание. Ее стали изучать, чтобы понять, как с нею бороться.

Суть явления кавитации (на примере гребного винта) заключается в следующем. По мере увеличения частоты вращения скорость потока воды на засасывающей стороне лопасти (т. е. на стороне, обращенной к носу судна) возрастает, а давление падает. Когда частота вращения винта достигает определенного значения, давление на засасывающей стороне лопасти падает до давления парообразования. Вода вскипает, а на лопасти начинают образовываться пузырьки — полости, заполненные парами воды и растворенными в ней газами.

После этого увеличение частоты вращения винта не приводит к дальнейшему снижению давления на засасывающей стороне лопасти. А так как упор винта создается в большей степени за счет разрежения на засасывающей стороне лопастей и в меньшей — за счет повышения давления на их нагнетающей стороне, то после возникновения кавитации упор винта уже не растет.

Кавитационные полости, называемые также кавернами, образуются прежде всего у входящей кромки лопасти, а потом уже захватывают всю засасывающую сторону. Пока каверны невелики, существенного влияния на работу гребного винта они не оказывают. Его гидродинамические характеристики на этой стадии, которую принято называть первой стадией кавитации, практически еще не изменяются, однако плохо другое: под воздействием высокого давления в точках, где лопаются пузырьки, происходит эрозионное разрушение лопастей Кроме того, на этой стадии появляется кавитационный шум в результате схлопывания пузырьков, возрастает вибрация, передаваемая винтом на корпус. Кавитация возникает не только на гребных винтах, но и на любых профилированных элементах, движущихся под водой с большой скоростью Так, появляясь на рулях и крыльевых системах быстроходных судов, она заметно снижает их эффективность. При определенных условиях кавитация возникает и в трубопроводах, вызывая характерный шум и эрозионное разрушение внутренней поверхности труб.

С дальнейшим увеличением частоты вращения винта наступает вторая стадия кавитации: засасывающая поверхность лопасти оказывается охваченной одной большой полостью. При этом эрозионных разрушений уже не возникает, так как каверна замыкается не на самой лопасти, а в потоке позади нее, но изменение картины обтекания винта приводит к тому, что его упор и вращающий момент уменьшаются и КПД винта падает, иногда на 10—20%.

С конца прошлого века явление кавитации постоянно приковывало внимание ученых разных стран. Было проведено немало исследований, выдвинуто множество гипотез. Оказалось, что процесс этот гораздо шире и многообразнее, чем приведенный выше пример.

В настоящее время под кавитацией понимают физическое явление, заключающееся в том, что при понижении давления внутри жидкости или на ее границах образуются каверны, т. е. полости, заполненные газообразной средой и имеющие такую форму и габариты, которые существенны для рассматриваемых процессов. Например, появление пузырьков газа при понижении давления в бутылке с минеральной водой сразу после ее откупоривания является кавитацией, которую часто называют газовой. В газированных напитках — это заранее запланированный и полезный процесс, поэтому в этом случае кавитацию можно считать полезной.

Но тот же самый по сути процесс становится неуправляемым и смертельно опасным в случае так называемой кессонной болезни, когда после длительного пребывания на большой глубине под значительным давлением водолаз без должных предосторожностей быстро поднимается на поверхность и растворившиеся при повышенном давлении в его крови газы при понижении давления образуют значительные по размеру пузыри, способные помешать нормальному кровообращению.

По сравнению с описанной газовой кавитацией, возникающей при понижении давления в насыщенных или близких к насыщению растворах, значительно большее практическое значение имеет так называемая паровая кавитация, возникающая в потоках жидкости в районе, где давление понижается до соответствующей критической величины. Так как в этом случае обычно содержание растворенных газов в жидкости мало, механизм появления каверн связан не столько с диффузией растворенных газов, сколько с инерционным ростом кавитационных зародышей или ядер кавитации, которые согласно гипотезе Эпштейна-Гарвея обязательно присутствуют в реальной жидкости.

Иногда паровую кавитацию называют «холодным кипением». Поясним, что здесь имеется в виду. На рисунке изображена диаграмма состояния для обыкновенной воды. Переход из жидкого агрегатного состояния в газообразное может происходить тремя способами. Во-первых, путем нагревания при постоянном давлении (линия АВ на рисунке) — этот процесс называется кипением. Во-вторых, путем понижения давления при постоянной температуре (линия СД на рисунке) — этот процесс называется паровой кавитацией или холодным кипением. Есть, наконец, и третий, более сложный способ, в обход критической точки, не пересекая кривую кипения: повышать давление воды выше критического (218,5 атм), потом нагревать до температуры выше критической (374 °С), а затем последовательно понижать давление и температуру до необходимых значений в области водяного пара (линия СЕКМ на рисунке). Последний случай представляет чисто «академический» интерес и практического значения не имеет, однако важно отметить, что только в этом случае переход воды из жидкого в газообразное состояние не связан с образованием каких-либо кипящих пузырей или каверн. Жидкость переходит в газообразное состояние сразу во всем объеме и наличие в ней ядер кавитации на переход не влияет.

В случаях же кипения или кавитации, наоборот, роль указанных ядер или зародышей очень велика. Избавление жидкости от примесей, предварительное обжатие ее повышенным давлением и тщательная очистка смачиваемых поверхностей, соприкасающихся с жидкостью, приводит к значительной задержке указанных процессов (например, пунктирная линия на рисунке). Так, при специальной обработке воды кавитация не начинается даже при очень больших отрицательных давлениях, равных — 280 атм, что объясняется наличием значительных сил молекулярного взаимодействия.

На гребных винтах миноносца «Дэринг» имела место паровая кавитация, которая понижала эффективность движителей. Аналогичная потеря эффективности гребных винтов за счет кавитации до значений, по-видимому, более низких, чем 25%, была обнаружена в 1932 г. на глиссерах «Мисс Англия-III» и «Мисс Америка-Х» при установлении ими абсолютных мировых рекордов скорости на воде (192,8 км/ч и 201,02 км/ч соответственно). Двухместный глиссирующий катер «Мисс Америка-Х» имел двигатели суммарной мощностью в 6400 л. с., но эта мощность, как мы знаем, использовалась крайне неэффективно. Вообще, как известно, глиссирующие катера с водяным винтом достигли к 1952 г. рекордной скорости в 287,38 км/ч, после чего, начиная с 1955 г., когда появился знаменитый глиссирующий катер «Блюбёрд-I» Дональда Кэмпбелла с реактивным двигателем, все абсолютные мировые рекорды скорости на воде стали устанавливаться с использованием реактивных двигателей, проблемы кавитации для которых естественно, не существует.

Как уже отмечалось, огромный вред неуправляемая паровая кавитация, возникающая на гребных винтах быстроходных кораблей и судов, приносит в тех случаях, когда образовавшиеся каверны замыкаются в пределах лопастей и вызывают их эрозионное разрушение.

Командование одного из соединений германского флота еще в 1932 г. в своем докладе сообщало, что на винтах торпедных катеров и миноносцев через 24 часа полного хода появляются следы эрозии, которые за 8 дней превращаются в раковины величиной с кулак, требующие обязательной смены винта.

Долгое время механизм кавитационной эрозии был непонятен. В настоящее время считается, что главной причиной разрушения материала при кавитации является механическое воздействие от волны давления и гидравлического удара кумулятивной струйки, движущейся со скоростью более 100 м/с и образующейся в зоне замыкания кавитационных пузырьков.

Интересный, даже забавный эксперимент для оценки величины местных импульсов давлений, возникающих при замыкании кавитационных паровых пузырьков, провел известный советский ученый Л. А. Эпштейн. Он поместил в зону кавитации свою собственную руку и ощутил множество уколов, напоминающих укол швейной иглой. После этого без особого труда ему удалось найти силу (около 1 Н), с которой надо давить на швейную иглу, чтобы ощущение укола оказалось близким к тому, которое было при кавитации. Таким образом ученому удалось установить, что давление в малой зоне замыкания парового кавитирующего пузырька площадью примерно 0,01 мм2 может достигать 1000 атмосфер.

Положение с кавитационной эрозией осложняется еще и тем, что она обнаруживается не только на гребных винтах быстроходных судов и катеров, но и на винтах крупнотоннажных танкеров и сухогрузов, не отличающихся большой скоростью Например, лопасти гребных винтов танкеров типа «Прага» имели кавитационные повреждения размерами 20X30 см, причем за 3 года глубина их достигла 1 см. Причиной возникновения неуправляемой паровой кавитации в этом случае является сильная окружная неравномерность поля скоростей в районе гребного винта, приводящая к значительным колебаниям углов атаки сечений за один оборот в процессе их движения по окружности.

Вибрация корпусных конструкций, вызванная неуправляемой паровой кавитацией, может быть очень значительной. Так, французский лайнер «Нормандия» водоизмещением 80 000 тонн после своего первого рейса в 1935 г., во время которого был завоеван приз «Голубая Лента Атлантики» и достигнута рекордная скорость (средняя) 30 уз, был поставлен в док для смены гребных винтов, так как винты кавитировали и вызывали вибрацию, угрожавшую корпусным конструкциям и делавшую пребывание пассажиров в кормовых помещениях судна практически невозможным.

Вот как описали свои ощущения И. Ильф и Е. Петров, которые плыли на «Нормандии».

«Все задрожало на корме, где мы помещались. Дрожали палубы, стены, иллюминаторы шезлонги, стаканы над умывальником, сам умывальник. Вибрация парохода была столь сильной, что начали издавать звуки даже такие предметы, от которых никак этого нельзя было ожидать. Впервые в жизни мы слышали, как звучит полотенце, мыло, ковер на полу, бумага на столе, занавески, воротничок, брошенный на кровать. Звучало и гремело все, что находилось в каюте. Достаточно было пассажиру на секунду задуматься и ослабить мускулы лица, как у него начинали стучать зубы. Всю ночь казалось, что кто-то ломится в двери, стучит в окна, тяжко хохочет. Мы насчитали сотню различных звуков, которые издавала наша каюта.»

Короче говоря неуправляемая паровая кавитация — враг, явление настолько вредное, что примеры использования этого явления обычно воспринимаются как курьезы, не имеющие большого практического значения. Однако такие примеры есть, и сфера их практического применения будет расширяться.

Это вредное явление может с успехом использоваться, например, для очистки поверхности корпуса от старой краски, продуктов обрастания и ржавчины как в условиях сухого дока, так и под водой. Советский изобретатель В. П. Родионов предложил использовать для этого затопленную струю обыкновенной воды диаметром 2 мм со скоростью на срезе специально профилированного сопла 32 м/с. Ударяясь перпендикулярно об обрабатываемую поверхность, струя растекается во все стороны. В месте встречи (в районе критической точки) давление существенно возрастает, происходит интенсивное схлопывание кавитационных пузырьков, что приводит к эрозии, выполняющей работу по очистке поверхности. Интенсивность кавитации подбирается так, чтобы ненужное покрытие разрушалось, а сама поверхность корпуса оставалась неповрежденной. Важный практический эффект при такой очистке заключается еще и в том, что из-за наличия камеры, заполненной водой и окружающей струю, установка при работе сама присасывается к обрабатываемой поверхности и не требует немалых физических сил для ее удержания, как это имеет место в обычных установках гидравлической очистки.

Другой пример использования управляемой паровой кавитации хотя и не связан с судостроением, но представляет несомненный интерес. В 1986 г. под руководством профессора В. М. Ивченко был проведен такой опыт. Помидоры в теплице были разбиты на две одинаковые группы, одну из которых поливали обычной водой, а другую кавитационно обработанной, т. е. прошедшей через кавитационный реактор специальной конструкции, обеспечивающий достаточную степень развития паровой кавитации. В результате двухмесячного эксперимента урожайность помидоров на участке, где использовалась кавитационно обработанная вода, оказалась выше на 33%, что окупило затраты на энергию, составившие около 10 кВт·ч на обработку 1 м3 воды. Полное объяснение этому явлению пока отсутствует, однако химический анализ кавитационно обработанной воды показывает, что содержание кислорода в ней заметно больше, чем в необработанной.

А как же бороться с кавитацией гребного винта, когда она — враг? Первое, к чему пришли инженеры, это отдаление начала кавитации за счет правильного выбора характеристик гребного винта. Решение это было найдено давно: инженеры английской верфи, построившей миноносец «Дэринг», все-таки сдали корабль Адмиралтейству, для чего им пришлось изготовить новые гребные винты с гораздо большей площадью лопастей. Благодаря повышению площади лопастей (вдвое) удалось снизить разрежение на их засасывающей поверхности и тем самым избежать появления больших кавитационных каверн.

Такое решение в течение долгого времени оставалось единственным путем борьбы с кавитацией. Усилия конструкторов были направлены на наиболее рациональный выбор распределения шага по радиусу и формы профиля поперечных сечений лопасти, а также увеличение площади лопастей. Вот почему на быстроходных катерах нашли применение широколопастные гребные винты.

Кроме того, чем глубже расположена ось, тем при большей частоте вращения винта начинается парообразование и выделение газа, т. е. тем позже начинается кавитация. При расчете гребных винтов эти и другие факторы обязательно учитываются.

Однако при скоростях свыше 50 уз неизбежно наступает момент, когда этот путь становится неприемлемым. Дальнейшее увеличение площади лопастей приводит к существенным потерям мощности на преодоление их сопротивления трения. Отсюда непосредственно вытекает идея проектирования винтов, специально приспособленных к работе в режиме кавитации с целью получения наивысшей в этих условиях эффективности. Эта сегодня очевидная идея была впервые высказана в 1940 г. академиком В. Л. Поздюниным, причем получила признание далеко не сразу. Суть ее заключалась в следующем. Вспомним, что у обычных винтов, как и у подводного крыла, большая часть возникающей на элементе лопасти подъемной силы (до 2/3) создается за счет разрежения на засасывающей поверхности и меньшая — за счет давления на нагнетаюшей поверхности. При сильно развитой кавитации, когда вся засасывающая поверхность лопасти охвачена каверной, основная часть упора гребного винта создается за счет давления на нагнетающей поверхности. В. Л. Поздюнин и предложил делать винты с такой геометрией лопастей, при которой кавитационное сопротивление вследствие образования каверны было бы значительно меньше сопротивления трения.

Идеи В. Л. Поздюнина были впоследствии развиты другими учеными и получили практическое применение на быстроходных глиссирующих катерах, на судах на подводных крыльях и скеговых судах на воздушной подушке. В Канаде был построен глиссирующий катер водоизмещением 8.5Д с газотурбинной установкой мощностью 1800 л. с., которая вращала трехлопастной суперкавитирующий гребной винт. Он обеспечивал скорость 50 уз при частоте вращения гребного вала 3000 об/мин. В Англии также были построены несколько быстроходных катеров (55—60 уз) с суперкавитирующими гребными винтами. В США такие винты были установлены на экспериментальном судне «Денисон». Одновальная газотурбинная установка мощностью 14000 л. с. обеспечивала ему скорость около 60 уз. Как видно из этих примеров, скорости судов, и, в частности, судов на подводных крыльях, оборудованных суперкавитирующими гребными винтами, ограничены величиной порядка 60 уз.

При дальнейшем увеличении скоростей возникает кавитационный барьер уже на крыльевых системах.

Значительный прогресс в создании быстроходных судов был достигнут в результате создания в США 100-тонного скегового судна на воздушной подушке «SES-100В», которое в апреле 1977 г. показало рекордную для таких крупных судов скорость, равную 90 уз. В качестве движителя на этом судне был установлен полупогруженный суперкавитирующий гребной винт. Паровая кавитация на его лопастях вообще не возникала, т. к. из-за полупогруженности в зону разрежения на лопастях прорывался атмосферный воздух и именно этот воздух заполнял каверны.

Вот тут мы подошли к идее, которая на первый взгляд может показаться парадоксальной: борьба с кавитацией при помощи... кавитации. Но если разобраться, никакого парадокса тут нет. Положительные качества суперкавитирующего винта проявляются только при его работе на расчетном режиме, т. е. когда обтекание лопастей происходит при полностью развитой кавитации. На промежуточных же режимах, при меньших скоростях, эффективность суперкавитирующего винта падает. Именно для улучшения пропульсивных качеств суперкавитирующих винтов на промежуточных скоростях и привлекается искусственная кавитация. в кавитационную полость подается воздух или иной газ, благодаря чему гидродинамические характеристики винта изменяются в желаемом направлении, а гребной винт получает название вентилируемого.

Это не единственный пример использования искусственной кавитации в судостроении. В 1970 г. доктор технических наук А. А. Бутузов получил авторское св-во № 288576 на устройство для создания воздушной «смазки» на поверхности плоского днища судна. Иными словами — системы искусственных каверн, расположенных друг за другом и покрывающих при эксплуатационной скорости всю основную часть днища цилиндрической вставки корпуса Для образования указанных каверн на днище предусмотрена система поперечных кавитаторов (козырьков), ограниченных со стороны скуловых образований корпуса вертикальными килями. Воздух подается насосом в отверстия в днище. Эффективность такого способа была проверена в натурных условиях.

В 1965 г. было переоборудовано и испытано несамоходное сухогрузное речное судно водоизмещением 3270 т, длиной 84,6 м, шириной 14 м и осадкой 3,2,м. На нем пришлось установить 7 кавитаторов по длине и сделать 14 отверстий для подачи воздуха Расход воздуха во время испытаний составил 135л/с, причем увеличение его подачи не приводило к дальнейшему снижению сопротивления. Испытания показали, что использование управляемой кавитации приводит к снижению сопротивления баржи на 23—26% при скорости буксировки 16—18 км/ч

В 1967 г. были проведены аналогичные испытания с использованием самоходного теплохода типа «Волго-Дон» полным водоизмещением 6730 т, длиной 135 м, шириной 16,5 м и осадкой 3,2 м. В результате испытаний указанные данные подтвердились Расход воздуха при этом составил 230 л/с, а суммарный выигрыш в расходуемой на движение судна мощности, с учетом мощности, потребляемой воздуходувкой, составил 16—17% при скорости судна 20 км/ч.

Интересные исследования по применению искусственной кавитации на днище быстроходного глиссирующего катера водоизмещением 24 т, проведенные А. А. Бутузовым, показали, что при скорости 55 км/ч можно получить снижение сопротивления на 35%, в то время как энергетические затраты на поддув воздуха не должны превосходить 2% мощности двигателя При этом воздух подается под днище катера с некоторым избыточным давлением, которое компенсирует около 60% веса самого катера. Кроме того, днищевая каверна приводит к улучшению характеристик мореходности, что свидетельствует о перспективности постройки морских быстроходных судов с каверной на днище. Реализация этой идеи на катерах позволила повысить их скорость по сравнению с традиционными на 8,5,уз.

А. Ачкинадзе, доцент Ленинградского кораблестроительного института, кандидат технических наук.





Ссылка на эту статью в различных форматах

Комментарии к этой статье





Понравилась ли вам эта статья?
Источник: http://www.barque.ru/shipbuilding/1987/cavitation_and_how_to_deal_with_it

Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия

Кавитация - это нарушение сплошности жидкости, которое происходит в тех участках потока, где давление понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а так же газами, выделившимися из раствора. Находясь в области пониженного давления, пузырьки увеличиваются и превращаются в большие пузыри-каверны. Затем эти пузыри уносятся потоком в область с давлением выше критического, где разрушаются практически бесследно вследствие конденсации заполняющего их пара. Т.о. в потоке создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками.

Критическое, с точки зрения возникновения кавитации, давление определяется физическими свойствами жидкости и в зависимости от ее состояния может меняться в довольно значительных пределах. Тем не менее в практических расчетах, связанных с рассмотрением кавитационных режимов работы насосов, в качестве критического давления, при котором начинается кавитация, обычно принимают давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре.

Элементы проточной части гидравлических машин вообще и лопастных насосов в частности представляют собой сочетание направляющих поверхностей, предназначенных для управления потоком. Если кавитационная зона возникает на такой поверхности, то она изменяет ее эффективную форму и, следовательно, изменяет путь потока. Такие изменения нежелательны и сопровождаются дополнительными потерями энергии. Снижение энергетических параметров (подача, напор) и уменьшение КПД являются прямым следствием возникновения кавитации в любой гидравлической машине.

Неустойчивость кавитацилнной зоны и вызванные появлением этой зоны вторичные течения жидкости приводят к значительным пульсациям давления в потоке, которые оказывают динамическое воздействие на поверхности, направляющие поток. Результаты многочисленных экспериментальных исследований и опыт эксплуатации различного гидравлического оборудования указывают на появление сильных вибраций при возникновении кавитации.

Разрушение, или как принято говорить, «захлопывание» кавитационных пузырей при переносе их потоком в область давления выше критического происходит чрезвычайно быстро и сопровождается своего рода гидравлическими ударами. Наложение большого числа таких ударов приводит к появлению характерного шипящего звука, который всегда сопутствует кавитации.

И наконец, кавитация в большинстве случаев сопровождается разрушением поверхности, при которой возникают и некоторое время существуют каветационные пузыри. Это разрушение, являющееся одним из самых опасных последствий кавитации, называют кавитационной эрозией. Механическое повреждение рабочих органов гидравлических машин в результате кавитационной эрозии могут за относительно короткий срок достигнуть размеров, затрудняющих нормальную эксплуатацию машин и даже делающих ее практически невозможной.




Возникновение и последующее развитие кавитации в лопастных насосах является следствием уменьшение абсолютного давления в потоке жидкости.

Зная причины общего и местного понижения давления, мы можем предугадать, а в большинстве случаев и предотвратить появление кавитации в тех или иных элементах проточной части насоса. Следует сразу сказать, что правильный выбор высоты всасывания с учетом геодезической отметки расположения насоса и температуры перекачиваемой жидкости является первым и наиболее надежным мероприятием, направленным на ослабление и предотвращение кавитации. Создание некоторого запаса путем уменьшения высоты всасывания или увеличения подпора по сравнению с подсчитанными величинами гарантируют, как правило, надежную безкавитационную работу насоса.

Для нормально безкавитационной работы насоса необходимо, что бы давление Р1 на входе в насос было больше критического, в качестве которого принимают давление Рпар насыщенных паров перекачиваемой жидкости ( Р1 >Рпар). В противном случае в местах падения давления ниже Рпар начинается кавитация и работа насоса ухудшается.


⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒




Дата добавления: 2015-07-03; просмотров: 4550; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных |


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Читайте также:


Источник: https://studopedia.ru/13_39262_kavitatsiya-v-nasosah-i-meri-borbi-s-ney.html
Еще по теме